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OSI 참조 모델과 TCP/IP

Chapter 1:. OSI 참조 모델과 TCP/IP. 2003. 3. 수업 목표. Protocol 의 정의 주요 용어 정리 OSI 참조 모델과 TCP/IP 의 비교 프로토콜 캡슐화 및 역캡슐화 패킷 교환과 회선교환 TCP/IP 인터넷의 등장 배경 및 설계 이념 TCP/IP 에서의 주소 표현 (물리 주소, IP 주소, Port 번호) 서브네팅과 슈퍼네팅 라우팅. 용어 정리. SAP (Service Access Point) PDU (Protocol Data Unit) Frame

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OSI 참조 모델과 TCP/IP

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  1. Chapter 1: OSI 참조 모델과 TCP/IP 2003. 3.

  2. 수업 목표 • Protocol의 정의 • 주요 용어 정리 • OSI 참조 모델과 TCP/IP의 비교 • 프로토콜 캡슐화 및 역캡슐화 • 패킷 교환과 회선교환 • TCP/IP 인터넷의 등장 배경 및 설계 이념 • TCP/IP에서의 주소 표현 (물리 주소, IP 주소, Port 번호) • 서브네팅과 슈퍼네팅 • 라우팅

  3. 용어 정리 • SAP (Service Access Point) • PDU (Protocol Data Unit) • Frame • IP Packet • IP Datagram • TCP Segment • Message • PSTN (Public Switched Telephone Network) • ISDN (Integrated Services Digital Network) • 토폴로지 (Topology)

  4. 국제 표준화 기구 • ITU-T(구 CCITT) • 전화 팩시밀리, 공중 데이터 통신망 기술들의 표준화 담당 • ISO • 데이터 통신 프로토콜 및 컴퓨터 통신 프로토콜의 표준화, OSI(Open systems Interconnection) 7계층을 담당 • IEEE • 근거리 데이터통신망 LAN(Local Area Network)의 하위 2계층(물리계층, 데이터 링크계층)의 표준화 담당

  5. 프로토콜 (Protocol) • 정확한 정보전달을 위한 일련의 표준화된 절차 및 규범 • 무전기의 예 • Over: 송신 완료 통지 • Roger: 수신 완료 통지 • 프로토콜의 계층적 분류 • ISO의 OSI(Open System Interconnection) • IETF의 TCP/IP Protocol Suite • IBM의 SNA(System Network Architecture)

  6. HTTP, FTP TCP, UDP IP Ethernet v2 프로토콜 분류의 필요성 • 복잡한 네트워킹 기능을 모듈화 • 프로토콜들 간의 관계 정립 가능 • 이종 프로토콜 집단 간의 비교 가능 TCP Ethernet v2 FTP HTTP UDP IP

  7. OSI 참조 모델 • 목표 • 이기종 컴퓨터 간에도 통신이 가능한 개방형 시스템 상호 접속 모델(OSIRM: Open System Interconnection Reference Model) 제시 • 개념적인 모델 (실제 구현에서 반드시 지킨다고 볼 수 없음) • 표준화 기관 • ISO(International Organization for Standardization) • ITU(International Telecommunication Union)

  8. IMB PC Router Macintosh Internet 응용계층 프로토콜 응용 계층 응용 계층 Upper Layers 표현계층 프로토콜 표현 계층 표현 계층 세션계층 프로토콜 세션 계층 세션 계층 전송계층 프로토콜 전송 계층 전송 계층 네트워크계층 프로토콜 네트워크계층 프로토콜 네트워크 계층 네트워크 계층 네트워크 계층 Lower Layers 데이터링크계층 프로토콜 데이터링크계층 프로토콜 데이터링크 계층 데이터링크 계층 데이터링크 계층 물리계층 프로토콜 물리계층 프로토콜 물리 계층 물리 계층 물리 계층 전송 매체 전송 매체 OSI 참조 모델

  9. 근원지 목적지 라우터 L7 L6 Internet L5 L7 L7 데이터 L4 L7 데이터 L6 L7 데이터 H6 L3 L7 데이터 H6 L5 L6 데이터 H5 L2 L6 데이터 H5 L4 L5 데이터 H4 L1 L5 데이터 H4 L3 L3 L4 데이터 H3 L4 데이터 H3 L2 L2 T2 L3 데이터 H2 T2 L3 데이터 H2 L1 L1 1 0 1 0 0 0 1 … 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 … 0 0 0 1 0 정보의 흐름 OSI 참조 모델에서의 정보 교환(켑슐화 및 역켑슐화)

  10. 데이터링크 계층 데이터링크 계층 L2 데이터 L2 데이터 물리 계층 물리 계층 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 전송매체 : SAP(Service Access Point) OSI 계층별 기능: 물리 계층 • 물리 계층의 기능 • 정보를 물리적인 전송 매체(구리선, 동축케이블, 광케이블 등)를 통해 전송 • 기계적, 전기적, 기능적, 절차적 규격

  11. OSI 계층별 기능: 데이터 링크 계층 • 데이터 링크 계층의 기능 • 인접 통신 장치간의 신뢰성 있는 정보 전송 보장 • 프레임 수신 확인, 프레임화, 동기화, 순서제어, 매체 접근제어, 흐름제어, 에러제어, 물리 주소 지정 네트워크 계층 네트워크 계층 L3 데이터 L3 데이터 데이터링크 계층 데이터링크 계층 T2 L3 데이터 H2 T2 L3 데이터 H2 물리 계층 물리 계층 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 : SAP(Service Access Point)

  12. 전송계층 L4 데이터 L4 데이터 전송계층 네트워크 계층 네트워크 계층 L4 데이터 H3 L4 데이터 H3 데이터링크 계층 데이터링크 계층 L3 데이터 L3 데이터 : SAP(Service Access Point) OSI 계층별 기능: 네트워크 계층 • 네트워크 계층의 기능 • 여러 네트워크를 거쳐 데이터를 전송 • 라우팅, 스위칭 기능 제공

  13. 세션계층 L5 데이터 세션계층 L5 데이터 전송계층 전송계층 H4 H4 H4 H4 H4 H4 네트워크 계층 네트워크 계층 L4 데이터 L4 데이터 L4 데이터 L4 데이터 L4 데이터 L4 데이터 OSI 계층별 기능: 전송 계층 • 전송 계층의 기능 • 근원지에서 송신한 데이터를 목적지까지 전달 • 종단 프로세스간 투명한 데이터 전송 보장

  14. 표현계층 L6 데이터 표현계층 L6 데이터 세션계층 세션계층 H5 H5 syn syn syn syn syn syn 전송 계층 전송 계층 L5 데이터 L5 데이터 OSI 계층별 기능: 세션 계층 • 세션 계층의 기능 • 사용자 위주의 논리적인 연결 서비스 제공 • 전이중(full-duplex), 반이중(half-duplex), 단방향(simplex) 전송 모드

  15. 응용계층 L7 데이터 응용계층 L7 데이터 표현계층 표현계층 암호화,압축된 데이터 H6 암호화,압축된 데이터 H6 L6 데이터 L6 데이터 세션계층 세션계층 OSI 계층별 기능: 표현 계층 • 표현 계층의 기능 • 정보의 코드화 체계를 통일 • 데이터의 압축/압축 해제

  16. 응용계층 응용계층 L7 데이터 L7 데이터 OSI 계층별 기능: 응용계층 • 응용 계층의 기능 • 사용자 인터페이스 제공 • 웹, 전자우편, 원격파일 접근, 디렉토리 서비스…

  17. 네트워크의 분류 • 거리에 의한 분류 • 근거리 통신망 (LAN: Local Area Network) • 대도시 통신망 (MAN: Metropolitan Area Network) • 광역 통신망 (WAN: Wide Area Network) • 주요 LAN 구축 기술 • Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet… • 주요 WAN 구축 기술 • ATM, PSTN, PSDN, Frame Relay, ISDN, Leased line…

  18. 버스(bus) 토폴로지 링(ring) 토폴로지 스타(star) 토폴로지 계층적 트리(tree) 토폴로지 메시(mesh) 토폴로지 : 노드 : 링크 토폴로지 (Topology) • 네트워크를 구성하는 노드와 노드들간의 연결 상태에 대한 기하학적 배치

  19. 인터넷과 TCP/IP • 초기:전용선을 이용한 종단간 회선교환 네트워크 • 1968: ARPAnet • 미 국방성(DOD)의 ARPA (Advanced Research Projects Agency) • 패킷 교환 네트워크 • IPv4 개발: 견고한 네트워크, 이종 네트워크 통합. • 현재: Internet • ARPAnet에 각종 네트워크들이 연결 • ISP, IAP 등장 • 교육, 상업, 개인 등 여러 목적에 사용

  20. TCP/IP 프로토콜 계층 TCP/IP 프로토콜 집합 애플리케이션 계층 (Application Layer) Telnet FTP SMTP DNS SNMP 트랜스포트 계층 (Transport Layer) TCP UDP 네트워크 계층 (Network Layer) IP, ARP, ICMP, IGMP 네트워크 인터페이스 계층 (Network Interface Layer) Ethernet Token Ring Frame Relay ATM TCP/IP 프로토콜 집합 • TCP/IP Protocol suite • 인터넷 표준 프로토콜 • 계층 구분이 OSI 참조 모델과 정확히 일치하지 않음. • TCP, IP 및 UDP, ARP, ICMP, SMTP등 다양한 프로토콜의 집합체(suite)

  21. OSI 7 계층 TCP/IP 프로토콜 계층 인터넷계층 네트워크인터페이스계층 트랜스포트계층 애플리케이션계층 물리계층 데이터링크계층 네트워크계층 트랜스포트계층 세션계층 프레젠테이션계층 애플리케이션계층 TCP/IP 프로토콜 계층 • 네트워크 인터페이스 계층 • OSI 7계층의 데이터 링크 계층과 물리 계층에 해당 • Ethernet, Token ring, 무선 LAN, X.25, Frame relay… • 인터넷 계층 • OSI 7계층의 네트워크 계층에 해당 • IP, ARP, ICMP, IGMP… • 전송 계층 • OSI 7계층의 전송 계층에 해당 • TCP, UDP • 응용 계층 • OSI 7계층의 세션, 표현, 응용 계층에 해당 • HTTP, FTP, SMTP, Telnet…

  22. TCP/IP에서의 주소 표현 • 물리 주소 • 네트워크 인터페이스 계층에서 사용 • IP 주소 • 인터넷 계층에서 사용 • Port 번호 • 트랜스포트 계층에서 사용

  23. MAC 주소(16진수 표현) : 00-40-D0-15-81-C5 제조회사 식별번호 카드의 일련번호 1 24 25 48 0000 0000 0100 0000 1101 0000 0001 0101 1000 0001 1100 0101 Universally/locally administered bit 대표적인 제조회사 식별 번호의 예  Intel: 00-A0-C9  3Com: 00-50-DA  Realtek: 00-40-D0 물리 주소 표현 • 물리 주소란? • 데이터링크계층의 MAC 계층에 의해 사용되는 48비트의 하드웨어 주소 * AMAN2002 온라인 도움말의 “OUI 코드 목록” 참조

  24. 32 비트 클래스 종류 네트워크 ID 호스트 ID 1 8 9 16 17 24 25 32 Class A 0 네트워크 ID 호스트 ID Class B 1 네트워크 ID 0 호스트 ID Class C 네트워크 ID 1 1 0 호스트 ID Class D 1 멀티케스트 주소(multicast address) 1 1 0 Class E 1 장래 사용 예정(reserved for future use) 1 1 1 IP 주소 표현 • IP 주소의 구조  32비트로 구성, 10진 도트표기법 사용 • 논리적인 네트워크 규모에 따라 클래스 별로 IP 주소 부여

  25. 포트 주소 (포트 번호) • 목적 • 멀티프로세싱 시스템에서 통신하는 프로세스를 구분하기 위해 사용되는 16bit 크기의 번호 • 종류 • 공인 포트(Well-known port) • 등록된 포트 (Registered port) • 동적 포트 (Dynamic port)

  26. 165.229.1.27 165.229.1.20 165.229.1.100 165.229.1.0 165.229.3.29 165.229.3.140 165.229.3.50 인터넷 서브네트워크 라우터 서브네트워크 165.229.46.0 165.229.3.0 서브네트워크 네트워크 165.229.46.50 165.229.46.140 165.229.0.0 165.229.46.29 서브넷팅 (Subnetting) • 서브넷(Subnet), 서브네트워크(subnetwork) • 하나의 네트워크를 관리하기 쉽도록 논리적으로 나누어 만든 작은 규모의 네트워크

  27. 클래스 C 네트워크 주소 (211.214.135.X) 클래스 C 네트워크 주소 (211.214.132.X) 211.214.132.12 211.214.135.18 211.214.132.47 211.214.135.60 211.214.135.38 211.214.132.100 수퍼네트워크 인터넷 211.214.132.0 211.214.134.64 211.214.133.64 211.214.134.64 211.214.133.14 211.214.133.84 클래스 C 네트워크 주소 (211.214.133.X) 클래스 C 네트워크 주소 (211.214.134.X) 수퍼네팅 (Supernetting) • 작은 네트워크 여러 개를 묶어서 하나의 큰 네트워크로 통합

  28. 라우팅 테이블 목적지 주소 출력포트 165.229.127.0 S1 211.214.138.0 S0 192.168.30.0 S2 S2 192.168.30.0 S0 S1 발신지 주소 211.214.138.0 목적지 주소 165.229.127.0 목적지 (192.168.30.200) 발신지 (211.214.138.100) 라우팅 (Routing) • 패킷을 전송하기 위해 가장 적합한 경로를 선정하는 것

  29. 직접전달 라우터 1 라우터 2 크로스케이블 (a) 허브 호스트 1 호스트 2 호스트 3 호스트 4 (c) 직접 전달 간접 전달 직접 전달 (b) 직접 전달과 간접 전달 • 패킷이 최종 목적지로 전송되는지 아니면 라우터로 전송되는지에 따른 분류

  30. 호스트 B 호스트 A 라우터 R1 라우터 R2 Network Network Network 호스트 A의 라우팅 테이블 라우터 R1의 라우팅 테이블 라우터 R2의 라우팅 테이블 목적지 경로 호스트 B R1, R2, 호스트 B 목적지 경로 호스트 B R1, R2, 호스트 B 목적지 경로 호스트 B R1, R2, 호스트 B a) 경로에 기반 한 라우팅 테이블 라우터 R2의 라우팅 테이블 호스트 A의 라우팅 테이블 라우터 R1의 라우팅 테이블 목적지 다음 홉 호스트 B --- 목적지 다음 홉 호스트 B R1 목적지 다음 홉 호스트 B R2 b) 다음 홉에 기반 한 라우팅 테이블 라우팅 방법: Next-Hop routing • 라우팅 테이블의 크기를 작게 만들기 위한 기술 • 특정 라우터는 다음 라우터(Next-Hop)의 주소만 가짐

  31. S B C A D Network 1 Network 2 R1 a) 호스트 지정 라우팅에 기반 한 호스트 S의 라우팅 테이블 b) 네트워크 지정 라우팅에 기반 한 호스트 S의 라우팅 테이블 목적지 다음 홉 A R1 B R1 C R1 D R1 목적지 다음 홉 N2 R1 라우팅 방법: Network-Specific routing • 같은 네트워크에 연결된 모든 호스트를 하나의 엔티티로 취급

  32. A 호스트 A의 라우팅 테이블 목적지 다음 홉 호스트 B R3 Network 2 R1 Network 3 R3 …… Network 1 B R3 R1 R2 Network 2 Network 3 라우팅 방법: Host-Specific routing • Network-Specific routing의 반대 개념 • 라우팅 테이블에 네트워크에 속한 각 호스트의 주소를 가짐 • 경로 점검 및 보안을 위한 경우 사용

  33. R1 Network 1 Network 2 A R2 디폴트 라우터 호스트 A의 라우팅 테이블 목적지 다음 홉 Network 2 R1 …… Default R2 Internet 라우팅 방법: Default routing • 인터넷 상의 모든 네트워크를 대신하여 0.0.0.0으로 된 디폴트 엔트리를 가짐

  34. 참고 문헌 • 서승호 외, AMAN2002를 이용한 TCP/IP 프로토콜 분석 및 네트워크 프로그래밍, 정익사, 2002. • 김영탁 외, 데이터통신 및 컴퓨터 망, 정익사, 1999. • Behrouz Forouzan, TCP/IP Protocol Suite, McGraw-Hill, 1999. • Behrouz Forouzan, Introduction to Data Communications and Networking McGraw-Hill, 1999. • Fred Halsall, Data Communications, Computer Networks and Open Systems, Addison Wesley Publishing Co., 1996. • http://www.iana.org/numbers.html • RFC 1700, Assigned Numbers, 1994. • Jim Lorenz, CNAP Cisco Networking Academy Program: First-Year, Cisco Systems Inc. 2002. • Jeff Doyle, CCIE Professional Development: Routing TCP/IP Vol. 1, Cisco Systems Inc. 2000. • ITU-T Rec. X.200, Information technology - Open Systems interconnection – Basic Reference Model: Conventions for the definition of OSI services, 1993. • Stevens, UNIX Network Programming, 2nd Edition, Prentice Hall, 1998.

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